Сталеві сплави

Відео: GTA: Vice City - Проходження # 25 - СТАЛЕВІ КОЛЕСА

Сталь, як стандартний матеріал для виготовлення імплантатів, почали активно використовувати в медицині з 1920-х рр., Після введення кобальту і хрому як легуючих добавок.

як клас імплантуються матеріалів леговані стали показали високу корозійну стійкість і задовільному биосовместимость. Сталь відноситься до імплантатів першого покоління, які знайшли широке застосування в травматології та ортопедії.

Як імплантатів для хірургії дозволені такі сталеві сплави:

Відео: Ковані та литі японські диски WORK 2015 New Arrival PV

• сталь нержавіюча деформируемая (МС 5832 / 1-87);
• деформируемая нержавіюча сталь з високим вмістом азоту (ПМС 5832 / 9-90);
• сталь марки 30XI3, 40XI3, 12Х18НIOТ;

За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеву і леговану. За якісним складом - на сталь звичайної якості, якісну, підвищеної якості і високоякісну. За ступенем легування сталі підрозділяються на низьколеговану (вміст легуючих елементів до 2,5%), середньолеговану (2,5-10%) і високолеговану (10-50%).

Для виготовлення хірургічних імплантатів використовуються тільки високолеговані стали і корозійностійкі, жароміцні і жаростійкі сплави (ГОСТ 5632-72, розроблений з урахуванням міжнародних вимог і міжнародних стандартів ISO 683 / XIII-85, ISO 683 / XV-76, ISO 683 / XVI-76, ISO 4955-83, ISO TC150 5832/1).

У високолегованих сталях масова частка заліза не більше 45%, а сумарна масова частка легуючих елементів не менше 10% (вважаючи по верхній межі) при масовій частці одного з елементів не менше 8% (по нижній межі) (Абрикосов, 1972).

Для медичних виробів, що імплантуються в організм, в більшості випадків використовують стали мартенситного і аустенітного класу.

Деякі механічні характеристики металів і інших біоматеріалів при кімнатній температурі (Cook, 1986)

У медицині під навколишнім середовищем для імплантуються матеріалів на увазі омивають їх тілесні рідини (кров, плазма, сироватка, лімфа, слина, сеча, жовч, шлунковий сік, ексудати), а також прилеглі тканини і органи. В результаті дії навколишнього середовища метали покриваються продуктами корозії (іржавіють). При цьому механічні та біологічні властивості металів різко погіршуються, іноді навіть за відсутності видимих зовнішніх змін.

Як вже було сказано вище, розрізняють корозію, що протікає під дією газів (газова корозія), неелектролітів (наприклад, циклічних ароматичних вуглеводнів) і електролітів (тілесні рідини, кислоти, луги, солі).

У живому організмі переважно протікає електрохімічна корозія. У цій корозії виділяють кілька видів. Якщо метал однорідний, то спостерігається рівномірна корозія. У неоднорідному металі корозія носить локальний характер і захоплює тільки деякі ділянки металу або його сплавів.

Цю локальну корозію, в свою чергу, поділяють на точкову, плямисту і з виразками. Вогнища плямистої і точкової корозії є концентраторами напружень і при механічних навантаженнях можуть стати місцем руйнування металу.

Надзвичайно небезпечна так звана внутрікристалічної корозія, що поширюється по межах зерен металу внаслідок більш низького їх електрохімічного потенціалу. При цьому корозія досить швидко проникає по межах зерен вглиб матеріалу, змінюючи в гіршу сторону його механічні властивості.

При комбінованій дії напруг і електролітів може розвинутися корозія під напругою. Різновидом даної корозії є корозійне розтріскування, при якому в металі відбувається утворення тонких тріщин, що проходять за обсягом зерен уздовж ліній напружень (Гудермон, 1959- Бокштейн, 1971- Лахтин, Леонтьєва, 1980).

Підвищення корозійної стійкості сталі досягається введенням в неї елементів, що утворюють на поверхні захисну плівку, яка міцно пов`язана з металом і запобігає його контакт з навколишнім середовищем, а також підвищує електрохімічний потенціал стали в агресивних середовищах.

Для сталевих виробів характерно розвиток поверхневої корозії, пов`язане з наявністю в металі різних домішок. За допомогою різних режимів електроплавленія металу інертними газами, в вакуумі вдається отримати сплави, в яких можна значно знизити рівень небажаних домішок, таких як вуглець, кремній і марганець.

Проте, присутність ряду небажаних елементів, в кінцевому рахунку, позначається на биосовместимости імплантуються пристроїв.

В результаті розвиваються токсикологічні, імунні, алергічні і навіть мутагенні і канцерогенні ускладнення.

Область застосування сталевих сплавів в медицині

Сталь марки 30X13 і 40X13 використовується для виготовлення хірургічного інструмента, пружин, стержнів, пластин і т.п. Застосовується після гарту і низького відпустки зі шліфованої і полірованою поверхнею, має підвищеною твердістю (50-60 по Роквеллу). Сталь марки 12Х18Н10Т, більш пластична, використовується для виготовлення спиць, скоб, затискачів, в різних галузях промисловості. Її зазвичай використовують в АВФ. Виробляється у вигляді сортового металу і гарячекатаного листа. Володіє підвищеною опірністю межкристаллической корозії за рахунок високого відпустки після гарту в маслі з утворенням досить великих карбідних частинок.

Специфікація деяких сплавів, використовуваних в медицині за стандартами ASTM

На сьогоднішній день сталь є багатогранним матеріалом з хорошою комбінацією міцності, пластичності, в поєднанні з відносно низькою ціною. До її переваг можна віднести здатність порівняно непогано протистояти корозії і сумісність з іншими матеріалами (Мюллер та ін., 1996).

Проте, сталь і сталеві сплави мають ряд недоліків, пов`язаних, в першу чергу, з низькою, порівняно, наприклад, з металами капсульної групи Ti, Та, Nb, биосовместимостью. Входять до їх складу токсичні агенти можуть надходити в навколишні тканини не тільки в результаті корозії, але і механічного руйнування, особливо при терті металу з кістковою тканиною і іншими поверхнями. При цьому вихід шкідливих речовин може збільшуватися в 100 разів у порівнянні зі звичайною корозією. Це може бути причиною виникнення металлозов, алергічних і запальних реакцій навколо сталевих імплантатів. Крім того, сталь має досить велику питому вагу, низьку теплопровідність, високу електропровідність. В останньому випадку її неможливо використовувати для так званого діелектричного остеосинтезу, тому що при приміщенні сталевих виробів в хлорвмісних середу (кров, лімфа, фізіологічний розчин і т.д.) спостерігаються гальванічні ефекти, що перешкоджають процесам нормальної репарації кісткової тканини. Перелік недоліків стали можна продовжити, тому в даний час фахівці не рекомендують використовувати її для виготовлення заглибних імплантатів.

У зв`язку з цим постійно ведеться робота по розробці нових сплавів і матеріалів, що володіють необхідними властивостями, серед яких слід виділити кобальт-хром-молібденові, титанові, тантал-ніобієві і цирконієві сплави (Alcantara et al., 1999).


А.В. Карпов, В.П. Шахов
Системи зовнішньої фіксації і регуляторні механізми оптимальної біомеханіки

Відео: Сплав на катамаранах